文／劉書言 上海悅安置業(yè)有限公司 上海 201600

引言：

建筑業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱型產(chǎn)業(yè),國(guó)家每年大量資金投資在固 定資產(chǎn)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、更新、拆除等工作上,在這個(gè)過程中, 很大比例的工程建設(shè)項(xiàng)目遭遇到設(shè)計(jì)不完善、工期拖延、造價(jià)突破預(yù)算、建筑質(zhì)量不合格等問題。目前我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的建筑市場(chǎng)之一,BIM作為實(shí)現(xiàn)建 筑轉(zhuǎn)型升級(jí)的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)綠色化的重要手段，顛覆了機(jī)電專業(yè)傳統(tǒng)的 設(shè)計(jì)施工理念，更確切的說是從方案到設(shè)計(jì)到施工到采購(gòu)到項(xiàng)目管理完善了機(jī)電 專業(yè)的整個(gè)過程，成為了解決設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等全生命周期各個(gè)階段難題的有效工具[1]。

1、BIM在機(jī)電設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用

BIM是建筑信息模型的簡(jiǎn)稱，利用其輔助機(jī)電設(shè)計(jì)和安裝，能減少諸多不必 要的麻煩和重復(fù)性工作。BIM的應(yīng)用應(yīng)該貫穿在建筑全生命周期的全過程中，在 這過程中建筑的信息全部?jī)?chǔ)存在BIM的模型中，為真正實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期數(shù)字 化管理和數(shù)據(jù)共享提供了必要條件并且方便使各個(gè)利益相關(guān)方互相溝通。

在項(xiàng)目的初期設(shè)計(jì)階段建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等各專業(yè)設(shè)計(jì)師、造價(jià)預(yù)算工程師 等可以在共同的平臺(tái)上協(xié)同工作，轉(zhuǎn)變各個(gè)專業(yè)比較松散的設(shè)計(jì)過程為同步的緊 密聯(lián)系的協(xié)同設(shè)計(jì)[2]。首先BIM在設(shè)計(jì)初始階段可以通過自己相關(guān)軟件的計(jì)算功 能或者與別的軟件接口來進(jìn)行機(jī)電方案的各種性能模擬比較，通過一個(gè)模型即可 完成建筑能耗、日照采光、通風(fēng)效果等數(shù)種模擬，無需進(jìn)行重復(fù)建模就可以優(yōu)化建筑和機(jī)電的設(shè)計(jì)方案。

其次在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自己專業(yè)的需求建立參數(shù)化的三維模型，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員更能實(shí)時(shí)直觀的看到其它管道、橋架布置以及和管井、梁等 構(gòu)件的相對(duì)位置，做到所見即所得，隨時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)過程中的各類問題比如設(shè)備空間、預(yù)留洞和管井大小等普遍問題進(jìn)行有效溝通解決，提高了溝通效率。同時(shí)BIM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于設(shè)計(jì)階段的材料統(tǒng)計(jì)以及每個(gè)復(fù)雜區(qū)域各個(gè)方向的剖面圖繪制等繁瑣重復(fù)性工作可以一鍵生成，極大的提高了設(shè)計(jì)人員的效率，加速項(xiàng)目推進(jìn)的同時(shí)減少人力成本。

通過建立三維模型，各專業(yè)設(shè)計(jì)師都能看到其它專業(yè)的模型和數(shù)據(jù)，方便在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行管線碰撞和凈高分析，在前期就能解決以前在施工過程中才能暴 露的種種問題，節(jié)省成本的同時(shí)還能加快工程的進(jìn)度，最終確保機(jī)電安裝質(zhì)量得到有效的提升。

在建筑機(jī)電安裝工程建設(shè)過程中應(yīng)用BIM技術(shù)之后各個(gè)專業(yè)可以利用三維 建筑信息模型提供的集成平臺(tái)，施工方還可以隨時(shí)查看建筑模型，模擬施工的各個(gè)工序過程，更好的指導(dǎo)施工并制定施工準(zhǔn)確的施工計(jì)劃和材料造價(jià)預(yù)算。設(shè)備供應(yīng)方尤其是預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)商可以更好的利用數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)和虛擬安裝，提高構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝水平。政府的審批部門和領(lǐng)導(dǎo)可以更好更快的理解設(shè)計(jì)意圖完成審批流程，同時(shí)可以實(shí)時(shí)查看更新的模型了解施工進(jìn)度；施工完成后設(shè)備運(yùn)營(yíng)商可以利用現(xiàn)成信息平臺(tái)更好的了解建筑信息提供更加現(xiàn)代化可視化的運(yùn)營(yíng)和運(yùn)維服務(wù)[3]。

2、BIM在項(xiàng)目實(shí)踐中的應(yīng)用分析

本實(shí)踐項(xiàng)目為位于上海的酒店項(xiàng)目，地上地下建筑面積約為6萬平方米，其中地上建筑面積5萬平方米，共340個(gè)客房。該項(xiàng)目在前期設(shè)計(jì)階段運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行反向設(shè)計(jì)，即先利用CAD進(jìn)行二維設(shè)計(jì)，在利用BIM軟件建立三維模型，同時(shí)再根據(jù)模型輔助項(xiàng)目圖紙的調(diào)整和完善，并形成完整的材料和設(shè)備清單，進(jìn)行管線碰撞檢查以及凈高分析，通過模型對(duì)每一處管線復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行管線綜合，核對(duì)每一處建筑和結(jié)構(gòu)預(yù)留洞確保以滿足后期施工要求。

2.1 建筑和機(jī)電模型建立

在本項(xiàng)目中由于施工圖設(shè)計(jì)人員和BIM專業(yè)人員為不同的兩個(gè)部門，故BIM在這個(gè)項(xiàng)目的主要任務(wù)是對(duì)項(xiàng)目施工圖進(jìn)行建模，并進(jìn)行碰撞檢查和管線綜合，以及材料清單和預(yù)留洞核對(duì)等工作，然后在施工階段根據(jù)BIM的模型指導(dǎo)施工方進(jìn)行施工配合。由于每個(gè)不同的設(shè)計(jì)單位、不同的設(shè)計(jì)人員出圖質(zhì)量有所差別，所以BIM建模時(shí)就需要注意施工圖的版本、施工圖上設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)和各種標(biāo)注等問題，需要建立統(tǒng)一的BIM專業(yè)的建模規(guī)則，見表1：

表1 BIM建模規(guī)則

運(yùn)用BIM技術(shù)的過程中首先是利用Revit軟件的Architecture 、Structure、MEP功能模塊分別建立獨(dú)立的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型，然后通過Navisworks軟件將模型整合起來，進(jìn)行后期模型瀏覽、測(cè)量、檢查、渲染、模擬等一列工作。項(xiàng)目所建全專業(yè)模型如圖1所示。

圖1 BIM全專業(yè)模型

2.2 管線碰撞

由于在目前的設(shè)計(jì)流程下各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)人在進(jìn)行自己專業(yè)機(jī)電設(shè)計(jì)時(shí)很少與其它專業(yè)進(jìn)行管道布置或者橋架走向的交流溝通，導(dǎo)致模型在建立后會(huì)產(chǎn)生較多的管道交叉和重疊現(xiàn)象。通過BIM模型設(shè)計(jì)人員可以較方便發(fā)現(xiàn)管道之間或 者管道和建筑結(jié)構(gòu)之間的碰撞，并定位碰撞發(fā)生的位置，通過協(xié)調(diào)溝通提前解決問題，實(shí)時(shí)做出調(diào)整來減少施工階段發(fā)生的返工和浪費(fèi)。

根據(jù)建立的建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電模型并導(dǎo)入到Navisworks軟件后，發(fā)現(xiàn)了較多建筑管井或者墻壁與機(jī)電管線的碰撞、機(jī)電管線和結(jié)構(gòu)梁之間的碰撞以及機(jī)電管 線之間的碰撞與重疊等問題，見圖2和圖3。

圖2 機(jī)電管線和梁碰撞

圖3 機(jī)電管線之間碰撞

在圖2中列舉了2處碰撞，都是機(jī)電管道和梁碰撞，是碰撞檢查中最普遍的問題。這就需要各專業(yè)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)深刻理解項(xiàng)目中的梁板圖，針對(duì)上述問題 進(jìn)行溝通，調(diào)整相應(yīng)的管道來解決碰撞問題，否則在機(jī)電安裝的時(shí)候就可能要進(jìn)行返工或者項(xiàng)目就會(huì)因此而停滯，嚴(yán)重影響項(xiàng)目進(jìn)度并且可能造成巨大浪費(fèi)。發(fā)生這類問題首先定位碰撞的位置，然后通過溝通是機(jī)電管線調(diào)整標(biāo)高或者上下翻來避開梁的位置還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員改變梁的高度來避免碰撞發(fā)生，按照一般經(jīng)驗(yàn)以機(jī)電管線調(diào)整為主，因?yàn)楦淖兞旱某叽缈赡軙?huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)專業(yè)承重等重新計(jì)算和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)起來也沒有改變管道標(biāo)高或者局部尺寸變化來的方便和容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)在沒辦法實(shí)現(xiàn)凈高要求的情況下才考慮改變梁的尺寸。圖1中的碰撞都是通過改變機(jī)電管道標(biāo)高和局部尺寸或者兩者綜合使用來解決。

圖2所示機(jī)電管線之間的碰撞也是碰撞檢查中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。因?yàn)榻o各專業(yè)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行本專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)并不會(huì)注意其管線上下是否會(huì)有其它專業(yè)的管 線通過，這些碰撞在二維設(shè)計(jì)中是在所難免的，不可能要求也無法要求設(shè)計(jì)人員 做到不發(fā)生碰撞，但是通過運(yùn)用BIM技術(shù)可以極大程度減少此類現(xiàn)象的發(fā)生。

在碰撞檢查中還存在著較多機(jī)電管線和建筑構(gòu)件以及相關(guān)設(shè)備等的碰撞，導(dǎo)致這些碰撞發(fā)生的根本原因是各個(gè)專業(yè)信息沒有得到很好的共享，每個(gè)專業(yè)在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到其它專業(yè)的管線和設(shè)備布置，而BIM的成熟運(yùn)用正好可以解決這個(gè)矛盾，因?yàn)锽IM在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段就可以看到未來建筑內(nèi)部機(jī)電管線安裝完成后的狀態(tài)，然后各設(shè)計(jì)人員可以對(duì)當(dāng)前問題及時(shí)進(jìn)行解決，并且管線越復(fù)雜的項(xiàng)目越能體現(xiàn)BIM的價(jià)值所在。

2.3 管線綜合和凈高分析

機(jī)電管線綜合設(shè)計(jì)主要是指包括給排水、空調(diào)和電氣三個(gè)專業(yè)的室內(nèi)管線綜合排布。在本項(xiàng)目中管道最多且最復(fù)雜的位置為地上空間的走廊和特定區(qū)域、地下設(shè)備用房以及其周邊。

本項(xiàng)目的利用BIM技術(shù)管線綜合時(shí)對(duì)管道的布置有以下幾點(diǎn)原則：1.橋架都貼梁布置，預(yù)留電氣橋架的放線和檢修空間；橋架與橋架之間盡量平行布置，以節(jié)省橋架的支吊架。2.機(jī)電專業(yè)的水管主干管盡量平行且靠一邊布置以節(jié)省 支吊架并且預(yù)留水管維修空間。3.風(fēng)管走在最下層，同時(shí)風(fēng)管和風(fēng)管之間盡量平行布置，以減少支吊架的數(shù)量。4.風(fēng)機(jī)盤管等設(shè)備盡量利用梁與梁之間的梁 窩進(jìn)行布置，以節(jié)省吊頂空間。5.管道上的閥門盡量以錯(cuò)開安裝的方式來節(jié)省安裝空間。

本項(xiàng)目通過BIM模型進(jìn)行管線綜合前，發(fā)現(xiàn)有較多區(qū)域的凈高不符合要求且機(jī)電管線布置雜亂。各專業(yè)結(jié)合BIM模型充分溝通協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)定原則進(jìn)行管道調(diào)整優(yōu)化，最終達(dá)到機(jī)電管線布置既美觀合理，各區(qū)域凈高完都達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定要求。

由上可以看出BIM在方案和施工圖設(shè)計(jì)階段優(yōu)勢(shì)明顯，可以把建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電完整的整合到一起，較大的減少了設(shè)計(jì)人員的重復(fù)性繪圖勞動(dòng)、溝通工作等，并且通過模型分析方案中的各種優(yōu)缺點(diǎn)，配合檢查設(shè)計(jì)中存在的各種缺陷，方便 后期施工模擬和材料采購(gòu)，為施工帶來極大的方便。

2.4 配合施工階段

設(shè)計(jì)階段完成進(jìn)入施工階段后，設(shè)計(jì)工作并沒完全結(jié)束，而是在施工過程中得到了延續(xù)。后期施工中可能由于甲方意見更改、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)變化、現(xiàn)場(chǎng)條件變化等因素導(dǎo)致原設(shè)計(jì)變更，利用BIM的參數(shù)化模型可以迅速協(xié)同各利益方進(jìn)行聯(lián)動(dòng)合作，及時(shí)或獲得相應(yīng)的信息，做出最佳決策或者修改，節(jié)約成本的同時(shí)也提高 了工作效率。

2.5 BIM技術(shù)運(yùn)用效益

BIM技術(shù)應(yīng)用效益無疑是所有從業(yè)人員關(guān)心的主要問題之一，因?yàn)檫@是任何一種新技術(shù)或新方法得以被行業(yè)普遍采用的必要條件。對(duì)設(shè)計(jì)院來說采用BIM技 術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)后首先設(shè)計(jì)師和項(xiàng)目各個(gè)參與方的溝通和交流的效率提高了，在模型建立、碰撞檢查和凈高分析過程中顯著提升了出圖質(zhì)量；其次根據(jù)以往同類型 相同面積的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，與原本預(yù)計(jì)5個(gè)月的設(shè)計(jì)周期相比設(shè)計(jì)階段時(shí)間減少了12%，同時(shí)降低了人力成本開銷，比如設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場(chǎng)出差費(fèi)等，采用BIM技術(shù)后部分收益如表2所示：

表2 BIM技術(shù)的項(xiàng)目收益

后期施工階段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋，返工和變更的次數(shù)至少減少了10%，施工方很多構(gòu)件和設(shè)備都能提前采購(gòu)和預(yù)制，短時(shí)間生成大量的剖面圖以及實(shí)時(shí)的模型展示有效的指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工人員，機(jī)電安裝的工期也縮短了近20%。對(duì)于甲方來說也是可以相應(yīng)的降低機(jī)電設(shè)計(jì)和安裝合同總額，達(dá)成一個(gè)共贏的局面。

結(jié)語(yǔ)：

（1）通過BIM 技術(shù)可以提升項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)質(zhì)量，并且相應(yīng)的降低各項(xiàng)設(shè)計(jì)成本，使后期施工階段更加順利，滿足施工進(jìn)度要求。

（2）通過 BIM 技術(shù)使項(xiàng)目各合作方都能受益，達(dá)到共贏。